DE3128421A1

DE3128421A1 - "bestimmung der sternspannung aus den ausgangsspannungen eines dreiphasigen steuerumrichters"

Info

Publication number: DE3128421A1
Application number: DE19813128421
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Dipl.-Ing. Fink; Joachim Ing.(grad.) 1000 Berlin Weidemann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-07-15
Filing date: 1981-07-15
Publication date: 1983-02-03

Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 29 45 145 bekannt.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines dreiphasigen Steuerumrichters gezeigt. Der Steuerumrichter besteht aus drei Teilstromrichtern 1, 2, 3, die mit einem speisenden Netz 7 über Transformatoren 4, 5, 6 verbunden sind. Die Teilstromrichter 1, 2, 3 sind als antiparallel arbeitende Umkehrstromrichter ausgebildet und speisen eine Last 8. Der Sternpunkt 10 vom Steuerumrichter und der Sternpunkt 9 der Last 8 sind nicht miteinander verbunden, so daß zwischen ihnen die Sternspannung u0 besteht. Die Phasen spannung u1 der Last 8 ergibt sich somit aus der Differenz der Spannung u am mit dieser Phase verbundenen Teilstromrichter 1 und der Sternspannung uO.
Der dreiphasige Steuerumrichter muß nicht für die volle Spannungsamplitude U Usmax der Last 8 ausgelegt werden. Da die Sternpunkte 10 und 9 vom Steuerumrichter und von der Last 8 nicht verbunden sind, kann nämlich über die Sternspannung u0 frei verfügt werden. In diesem Fall werden die Teilstromrichter 1, 2, 3 für etwa 87 X der Lastamplitude ausgelegt.
Die fehlenden 13 % werden durch die Aussteuerung der Sternspannung mit dreifacher Lastfrequenz realisiert.
In den Fig. 2a und 2c sind die auf die maximale Spannungsamplitude U smax der Last bezogenen Steuerumrichterspannungen Ud1, Ud2, Ud3 der drei Teilumrichter 1, 2, 3 in ihrem zeitlichen Verlauf gezeigt, wobei im Fall der Fig. 2a eine Verbindung der Sternpunkte (u0 = 0) von Steuerumrichter und Last angenommen ist und im Fall der Fig. 2c (wie zuvor beschrieben) die Aussteuerung der Sternspannung u0 mit dreifacher Lastfrequenz erfolgt.
In den Fig. 2b und 2d ist der Verlauf einer Phasenspannung u der Last, der sich aus den schraffierten Spannungszeitflächen der jeweils darüberliegenden Fig. 2a bzw. 2c ergibt, gezeigt.
Die Amplitude der Lastspannung ist gemäß Fig. 2b für den Fall u0 = 0 gleich der Steuerumrichter-Maximalspannung Udi, während sie bei ausgesteuerter Sternspannung Der Steuerumrichter kann also entsprechend Udi ist.
kleiner ausgelegt werden.
Schwierigkeiten treten bei der Bildung der Sternspannung u0 nach bekanntem Verfahren auf. Die Führungsgröße für die Lastspannung weist aufgrund des Schaltbetriebes der Teilstromrichter einen stark oberschwingungshaltigen Verlauf auf.
Bevor eine Frequenzmultiplikation zur Erzielung der dreifachen Lastfrequenz vorgenommen werden kann, müssen deshalb die Oberschwingungen herausgefiltert werden, es tritt ein Phasenversatz der Sternspannung auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem eingangs angegebenen Betriebsverfahren eine einfache Bestimmung der Sternspannungsführungsgröße ohne Zeitverhalten zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Wird also festgestellt, ab wann die Lastspannungskuppe die Steuerumrichter-Maximalspannung Udi übersteigt und wird für den Fall, daß die Lastspannungen als Führungsgröße für die Steuerumrichteraussteuerung dienen, diese Kuppe dann als Sternspannung U0 von der sinusförmigen Spannung abgezogen, ist die verbleibende Steuerspannung frei von Oberschwingungen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Das Verfahren nach der Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung für ein Ausführungsbeispiel erläutert werden.
Gemäß der in Fig. 3 gezeigten Übersichtsskizze werden die drei Lastspannungsführungsgrößen u, u1w, u2w, U3W zur Aussteuerung der Teilstromrichter als Ausgangsgrößen dreier Stromregler 11, 12, 13 bereitgestellt, denen die drei Führungsgrößen i i1w, i2Ws i3W und die drei Regelgrößen i1x, i2x, 13x für die drei Phasenströme aufgeschaltet sind. Die drei Lastspannungsführungsgrößen u1w', u2w', U3wt werden einem Vergleichsglied 14 zugeführt, dem außerdem eine Größe zur Verfügung steht, die einer Aussteuerung des Steuerumrichters mit seiner Maximal spannung Udi entspricht. Das Vergleichsglied 14 gibt an seinem Ausgang die Steuerspannung ab, die der die Steuerumrichter-Maximalspannung Udi übersteigenden Lastspannungskuppe entspricht. Diese Größe wird als Führungsgröße uOw zur Aussteuerung der Sternspannung u0 verwendet.
Die Lastspannungen können grundsätzlich als Regel- oder als Führungsgrößen in die Sternspannungsberechnung eingehen.
Im Fall, daß die Führungsgrößen verwendet werden, wird von der sinusförmigen Spannung die eigene Kuppe als Sternspannungsführungsgröße u0 abgezogen, so daß die gewünschten Spannungsführungsgrößen u1w, u2w, U3W für die Aussteuerung des Steuerumrichters entstehen. Die verbleibende Steuerspannung u1w, u2w, U3w ist damit im Grenzbetrieb frei von Oberschwingungen. Dynamische Änderungen (z.B. der vorgeschalteten Regler 11, 12, 13) beeinflussen nur die Steuerspannungen der anderen beiden, noch steuerbaren Teilstromrichter. Diese Kompensation der Oberschwingungen setzt voraus, daß die Sternspannung nicht geglättet wird.
Ein dreiphasiger Steuerumrichter hat üblicherweise in allen drei Umrichterphasen eine Stromregelung. Damit ist das Dreiphasensystem jedoch überstimmt. Wie schon aus Technische Mitteilungen AEG-Telefunken 63 (1973), Heft 7, Seiten 257 bis 264 bekannt ist, wird ein zusätzlicher Ausgleichsregler 15 eingesetzt, der die unvermeidlichen Driftfehler der vorzugsweise P-I-beschalteten Stromregler 11, 12, 13 ausgleicht, d.h.
die Gleichspannung zwischen den Sternpunkten 9, 10 zu Null regelt. Wird nun die Sternspannung, wie zuvor beschrieben, ausgesteuert, muß auch dem Ausgleichsregler 15 die Führungsgröße uOw aufgeschaltet werden, damit dieser nicht versucht, diese Sternspannung auszuregeln. Die Führungsgröße uOw muß die gleiche Glättung wie die Regelgröße ug, des Ausgleichsreglers 15 erhalten. Das wird durch Glättungsglieder 16, 17 erreicht.
In Fig. 4 ist ein Prinzipschaltbild der Sternspannungsbestimmung gezeigt, wobei das Vergleichsglied 14 ausführlicher dargestellt ist. Die Ausgangsgrößen U1w' u2w', U3w der Stromregler 11, 12, 13 werden zwei Auswahlgliedern 19, 20 zugeführt, die den jeweils größten bzw. kleinsten Wert der drei Größen usw', u2w', U3w' auswählen. Sie geben diese beiden ausgewählten Größen auf zwei Vergleichsglieder 21, 22, welche das betragsmäßige Über- bzw. Unterschreiten der der Steuerumrichter-Maximal spannung Udi entsprechenden Steuerspannung durch diese Größen einem Sternspannungs-Führungsgrößengeber 23 Ubermitteln.
Die von diesem abgegebene Sternspannungsführungsgröße uow wird dann von den Größen u1w', u2w', U3wl jeweils abgezogen, so daß die Lastspannungsführungsgrößen Ulw, u2w, U3w bereitstehen, Die Sternspannungsführungsgröße u 0w wird außerdem (wie zu Fig. 3 beschrieben) dem Ausgleichsregler 15 zugeführt. Da Gleichspannungsfehler in der Sternspannungsführungsgröße uOw aber durch den Ausgleichsregler 15 nicht mehr korrigiert werden, ist es notwendig, dem Sternspannungs-Führungsgrößengeber 23 eine Mittelwertunterdrückung 18 nachzuschalten.
Um eine minimale Blindleistung vom speisenden Netz 7 zu fordern, ist es zweckmäßig, jeweils einen der Teilstromrichter 1, 2, 3 an seiner Aussteuergrenze auch dann zu betreiben, wenn die Lastspannungsamplitude unterhalb der Steuerumrichter-Maximalspannung Udi liegt. Das kann vorteilhaft dadurch geschehen, daß die jeweils größte Steuerspannung u1w', u2w', U3w auf ihren Maximalwert angehoben wird.
Dieser Gedanke kann mit der in Fig. 4 gestrichelt eingezeichneten, abgeänderten Schaltung realisiert werden. Durch ein Zusatzglied 24 wird danach die jeweils größte der von den Auswahlgliedern 19, 20 ausgewählten Steuerspannungen auf den möglichen Maximalwert angehoben.

Claims

Bestimmung der Sternspannung aus den Ausgangsspannungen eines dreiphasigen Steuerumrichters Patentansprüche 1. Verfahren zum Betrieb eines eine Last ohne Verbindung der Sternpunkte dreiphasig speisenden Steuerumrichters, der nur für einen Teil der maximalen Spannungsamplitude der Last ausgelegt ist und dessen Sternspannung mit dreifacher Lastfrequenz zur Bereitstellung der Differenz zwischen der Maximal spannung des Steuerumrichters und der maximalen Spannungsamplitude der Last ausgesteuert wird, dadurch qekennzeichnet, daß die Führungsgröße für die ungeglättete Sternspannung aus den drei als Führungsgrößen für die Steuerung des Steuerumrichters dienenden Lastspannungen durch Vorgabe der die Maximal spannung des Steuerumrichters übersteigenden Lastspannungskuppen gewonnen wird und daß diese Kuppen jeweils von der sinusförmigen Spannung abgezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem über einen Ausgleichsregler die Gleichspannung zwischen den Sternpunkten von Last und Steuerumrichter zu Null geregelt wird, dadurch qekennzeichnet, daß dem Ausgleichsregler die in gleicher Weise wie seine Regelgröße geglättete Führungsgröße für die Sternspannung aufgeschaltet wird und mittels einer Mittelwertunterdrückung Gleichspannungfehler in der Sternspannungsführungsgröße ausgeschaltet werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils größte der drei Spannungsführungsgrößen für die Steuerung des Steuerumrichters auf ihren Maximalwert angehoben wird und das dazu notwendige Umschaltsignal aus den Führungsgrößen gewonnen wird.